水轮发电机组轴系的稳定性是机组稳定性最主要的特性。大型水力发电机组几何尺寸较大,相对刚度减弱,传统上忽略轴系扭转变形的假设可能导致轴系振动分析出现较大偏差。本文将水轮发电机组轴系简化为集中参数模型,采用lagrange方法建立了轴系振动模型和含轴系扭转效应的机组运动方程。通过定义广义动量,将轴系模型简化为统一形式的一阶微分方程组。以机组主轴系统为研究对象,以作用在发电机转子上的阻力矩和水轮机转轮上的动力矩为纽带,以主轴在刚性轴假设下轴系的振动特征为参考,构建包含水力系统及水轮机、发电机方程、轴系扭转振荡方程、调速器、励磁控制器在内的完整机组模拟运行系统,采用二阶Runge-Kutta法对系统进行离散,通过仿真分析,研究机组在水力因素、机械因素、电气因素相互耦合作用下,机组轴系的动态响应特性以及与调速器控制的相互作用机理,诣在了解机组在实际运行条件下的振荡特性,从而为机组轴系的优化设计和振动控制提供理论依据。论文的主要内容如下:(1)建立描述轴系扭振问题的轴系振动方程和转子运动方程。通过分析系统能量构成,根据拉格朗日方程,构建拉格朗日函数。定义广义动量,推导研究扭振问题时所需的一阶轴系扭振模型。最后,将轴系扭振模型与大扰动下轴系暂态模型(刚性轴),稳定状态下轴系模型,进行对比。(2)构建机组仿真模拟平台,模拟机组运行。模型主要由以下几部分构成:单机单管弹性水击下水力系统统一模型、IEEE Working Group推荐的水轮机力矩模型、包含扭转效应的水轮机转轮和发电机转子运动方程、由PID调速器和PI励磁控制器组成的控制系统、考虑主扭转时机组轴系扭振暂态模型。(3)分析不平衡磁拉力作为附加力矩时对轴系振动的影响。根据机组轴系受力分析,并对恒定力矩下机组的动态响应特性作简要分析。(4)水力机组扭转振荡特性与调速器参数变化关联分析。给出三组不同调速器参数,研究主轴系统在不同调速器参数,发电机有功功率、相对扭转角以及机组轴系沿x轴、y轴方向的振荡特性;功率调节下,研究机组在发生故障扰动时,调速器参数设定对机组振动特性的影响,通过调速器设定的不同,得到不同的振荡曲线。